555定时器构成的多谐振荡器_(时钟)

电子课程设计——电子秒表学院：电子信息工程学院专业、班级：电气121501班姓名：景国阳学号：201215010109指导教师：李小松2014年12月555定时器构成的多谐振荡器555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。本实验根据555定时器的功能强以及其适用范围广的特点，设计实验研究它的内部特性和简单应用。一、原理1、555定时器内部结构555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A）及管脚排列如图（B）所示。它由分压器、比较器、基本R--S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K的等值电阻串联而成。分压器为比较器1A、2A提供参考电压，比较器1A的参考电压为23ccV，加在同相输入端，比较器2A的参考电压为13ccV，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放1A、2A组成。高电平触发信号加在1A的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S触发器_DR端的输入信号；低电平触发信号加在2A的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R—S触发器_DS端的输入信号。基本R--S触发器的输出状态受比较器1A、2A的输出端控制。2、多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。设电容的初始电压cU＝０，t＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端THV＝TLV＝０13ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即_1DR，_0DS（1表示高电位，0表示低电位），RS触发器置１，定时器输出01u此时_0Q，定时器内部放电三极管截止，电源ccV经1R，2R向电容Ｃ充电，cu逐渐升高。当cu上升到13ccV时，2A输出由０翻转为１，这时__1DDRS，RS触发顺保持状态不变。所以0t1t期间，定时器输出0u为高电平１。1tt时刻，cu上升到23ccV，比较器1A的输出由１变为０，这时_0DR，_1DS，RS触发器复０，定时器输出00u。12ttt期间，_1Q，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过2R放电。cu按指数规律下降，当cu23ccV时比较器1A输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的_DR_1DS，Ｑ的状态不变，0u的状态仍为低电平。2tt时刻，cu下降到13ccV，比较器2A输出由1变为0，R---S触发器的_DR1，_DS0，触发器处于1，定时器输出01u。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出01u，电容放电时，0u0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。3、振荡周期由图（D）可知，振荡周期12TTT。1T为电容充电时间，2T为电容放电时间。充电时间11212()ln20.7()TRRCRRC放电时间222ln20.7TRCRC矩形波的振荡周期121212ln2(2)0.7(2)TTTRRCRRC因此改变1R、2R和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽wt）/（周期T），wt指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比111212122TTRRqTTTRR。二、实验1、实验目的（1）初步了解集成555定时器的基本原理。（2）掌握学会使用双踪示波器。（3）测量多谐振荡器输出波、频率与各元件的关系。2、实验仪器：555定时器、两个是量程5K的电位器、0.15uF的电容、400K电阻、双踪示波器、多用途稳压电源、万用表。2、实验步骤测量555定时器的特性(1)按右（G）图连接好电路，把电源电压调到最小以免烧坏会集成块(2)打开各电源调节按钮使VCC=3V(3)调节电源1使UTH大于或等于2V，此时调节电源2使UTL由大到小或由小到大，并观察万用表电压档的电压，当电压发生突然变化时，记录UTL值及U0相应值(4)同（3）测量UTH小于2V时相应的UTL、U0值(5)调节电源2使大于1V或小于1V，同时改变UTH值，观察U0的变化，记录相应数据（注：UTH、、UTL电压不能调得过大应不大于4V，以免烧坏集成块）测量多谐振荡器输出波形特性（1）按（右）图连接好电路，其中400K为负载电阻。（2）把电源电压调到4.5V，调节2个5K电位器的电阻，改变输出波形参数，并判断1R、2R阻值与波形的关系（3）记录下一组波形参数（1t、2t、T、f、0U、cU），同时绘制所观察到的波形，最后关掉电源，用万用表电阻挡测量此时1R、2R值。3、数据处理（1）555定时器的特性（数据如下表1）由实验的数据，可得到定时器3脚输出的电压受2、6脚电压的制约，当2、6脚电压VTL、VTH满足一定条件时3脚输出高电平，满足其他条件时，输出低电平，即表（2）中VTL、VTH与U0的关系。THU(V)TLU(V)0U(V)2V大小0.985由0.040V突变为1.20V小大0.980由0.35V突变为0.043V2V大小0.975由0.35V突变为1.24V小大1.000由1.26V突变为0.041V0U低电位THU在0.5V到4V之间改变1V保持原来的0.035V左右0U高电位THU在0.5V到4V之间改变保持原来的1.41V左右0U低电位THU在0.5V到4V之间改变1V保持原来的0.041V左右0U高电位THU在0.5V到4V之间改变保持原来的1.26V左右（表1）THUTLU0U23ccV13ccV低电位23ccV13ccV高电位23ccV13ccV保持原状态不变23ccV13ccV保持原状态不变（表2）（2）555定时器构成的多谐振荡器实验中得出某一组波形的数据如下：T1=1t=370.5uST2=2t=249.0uST=T1+T2=619.5uSf=1.605ZKHU0=2.44VUc=2VR1=1.25K!0U=0.1V!cU=1VR2=2.36K由上原理中的周期公式计算理论周期和频率：已知：C=0.15UFR1=1.25KR2=2.36K1120.7()TRRC=379.1uS220.7TRC=247.8uS12TTT=626.9uS01fT=1.595KHZ得出实验频率的相对误差：00||rffEf100%=0.6%实验得出的波形如右图(F)：输出矩形波的占空比q12122RRRR=0.65．实验分析（1）多谐振荡器巧妙地运用了电容的冲放电及与非门的通断条件把直流电转换成脉冲信号，此脉冲信号经放大，再经变压器变压可实现直流电转换成交流电。（2）根据555定时器的功能特性，利用电容的充电需要一定的时间，经元件组合，可成为一个定时智能电路，以及其它智能开关报警器等。